Перспективы использования солнечной энергии

Биоэнергия.

Речь идёт о получении энергии из растительного или животного сырья, а также продуктов их жизнедеятельности. В биоэнергетике источником является твёрдое (пеллеты из дров, щепок, стружки, спрессованной соломы), жидкое (биодизель, метанол, этанол) или газообразное (водород, биогаз, метан, этан) биотопливо.

Получают топливо из насыщенных жирами и углеводами сельскохозяйственных культур (сои, бобов, свеклы, тростника), травы, древесины и древесных отходов, а также водорослей. Последняя разновидность на текущий момент является наиболее перспективной и привлекательной, т.к. характеризуется высокой отдачей и не занимает земельных ресурсов.

Биотопливо может использоваться для заправки автотранспорта (биодизель, водород и прочие органические соединения, полученные в ходе комплекса биохимических реакций), отопления жилых и нежилых объектов (пеллеты, топливные гранулы, газ), а также генерации электрической энергии (водород, биогаз).

К недостатку данного направления можно отнести необходимость использования плодородных площадей для нужд энергетики, что ведёт к повышению цен на продукты питания. Исключение — водоросли, массовое применение свойств и полезных качеств которых ожидается в будущем. Подробнее об этом читайте в нашей .

Будущее солнечных технологий

Хотя солнечная энергия получила огромное развитие, всё ещё существует потребность в инновациях. Современные фотоэлектрические элементы в среднем имеют КПД от 15 до 18%, поэтому будущее солнечной энергетики может быть связано с новыми вариантами конструкции, которые позволят повысить эффективность и доступность оборудования. Эти новые технологии потенциально могут расширить сферы применения солнечной энергии и снизить зависимость от ископаемого топлива.

Материал подготовлен электромонтажной компанией https://e-master.kiev.ua

Схожі статті:

Первые математические энциклопедии

Повесть о букве. Победоносное шествие алфавита.

История телекоммуникаций: от древности до наших дней

Русский придворный костюм от «домостроя» до «переписки моды». Часть первая.

История маяков

Преобразование солнечной энергии

Прежде всего, стоит сказать о том, в чём можно выразить и оценить солнечную энергию.

Как можно оценить величину солнечной энергии?

Специалисты используют для оценки такую величину, как солнечная постоянная. Она равна 1367 ватт. Именно столько энергии солнца приходится на квадратный метр планеты. В атмосфере теряется примерно четверть. Максимальное значение на экваторе – 1020 ватт на квадратный метр. С учётом дня и ночи, изменения угла падения лучей, эту величину следует уменьшить ещё в три раза.

Распределение солнечного излучения на карте планеты

Способы преобразования

Поскольку наука на сегодняшний день не имеет устройств, работающих на энергии солнца в чистом виде, её требуется преобразовать в другой тип. Для этого были созданы такие устройства, как солнечные батареи и коллектор. Батареи преобразуют солнечную энергию в электрическую. А коллектор вырабатывает тепловую энергию. Есть также модели, совмещающие эти два вида. Они называются гибридными.

Солнечная батарея

Солнечный коллектор

Гибридная солнечная панель

• фотоэлектрический;
• гелиотермальный;
• термовоздушный;
• солнечные аэростатные электростанции.

Солнечные батареи

Полупроводниковые элементы (кремниевые пластины, Si) генерируют электрический ток при попадании на них солнечного света, благодаря фотоэффекту который открыл Альберт Энштейн. Набор из большого числа пластин фотоэлементов образует солнечную батарею. Такие фотоэлектрические преобразователи легко использовать, так как они имеют небольшой вес, просты в обслуживании, а также являются достаточно эффективными в качестве преобразователей солнечной мощности. Работы над повышением коэффициента полезного действия (кпд) солнечных батарей ведутся непрерывно. Если в середине прошлого века их кпд составлял 1%, то сейчас он достигает 15%.

Рис. 3. Солнечные батареи на крышах домов или на земле.

К 2020 году Китай планирует разместить в космосе солнечную электростанцию.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали, как с помощью пассивных и активных систем энергия солнечного излучения преобразовывается в тепловую и электрическую энергии. Солнечные батареи на базе полупроводниковых элементов позволяют создавать экологически чистые электростанции особенно в регионах с большим количеством солнечных дней. На основе этой информации можно подготовить доклад “Использование энергии Солнца на Земле”. Для презентации доклада в классе можно продемонстрировать работу фотоэлемента, например, с помощью фотоэкспонометра.

1. /10

   Вопрос 1 из 10

Передача солнечной энергии на Землю

Солнечная энергия со спутника передается на Землю с помощью микроволнового передатчика через космос и атмосферу и принимается на земле антенной, называемой ректенной. Ректенна –нелинейная антенна предназначенная для преобразования энергии поля падающей на неё волны.

Лазерная передача

Последние разработки предлагают использовать лазер с помощью недавно разработанных твердотельных лазеров, позволяющих эффективно передавать энергию. В течение нескольких лет может быть достигнут диапазон от 10% до 20% эффективности, но дальнейшие эксперименты все еще требуют учета возможных опасностей, которые это может вызвать для глаз.

СВЧ

По сравнению с лазерной передачей СВЧ-передача более развита, имеет более высокую эффективность до 85%. СВЧ лучи значительно ниже летальных уровней концентрации даже при длительном воздействии. Так микроволновая печь СВЧ с частотой 2.45 ГГц микроволновой волны с определенной защитой совершенно безвредна. Электрический ток, генерируемый фотоэлектрическими элементами, пропускается через магнетрон, который преобразует электрический ток в электромагнитные волны. Эта электромагнитная волна проходит через волновод, который формирует характеристики электромагнитной волны. Эффективность беспроводной передачи энергии зависит от многих параметров.
Для приема этих передаваемых волн на Земле устанавливаются ректенны. Это антенна, содержащая сетку диполей и диодов для поглощения микроволновой энергии от передатчика и преобразования ее в электрическую энергию. Микроволны принимаются с эффективностью около 85%, и 95% луча будет падать на ректенну, но ректенна составляет около 5 км в поперечнике. В настоящее время рассматриваются два различных типа — отражатель из проволочной сетки и ковер-самолет.

Крупнейшая в Заполярье солнечная электростанция

В Верхоянске, находящемся в Республике Саха (Якутия), в июне 2022 года введен в эксплуатацию современный автоматизированный энергокомплекс с использованием технологий ВИЭ. Он объединяет крупнейшую за российским Полярным кругом солнечную электростанцию, систему накопления энергии и модернизированную дизельную электростанцию, сообщили в «РусГидро».

Новый энергокомплекс обеспечит надежное энергоснабжение Верхоянска. В этом городе, расположенном на полюсе холода в России, была зафиксирована минимальная на территории нашей страны температура: –67,8 °С.

В состав комплекса входит солнечная электростанция мощностью 1030 кВт, накопитель энергии мощностью 300 кВт и емкостью 1300 кВт·ч, а также ранее модернизированная и оснащенная современным оборудованием дизельная электростанция мощностью 2310 кВт.

Система накопления энергии позволяет максимально использовать полученную энергию солнца даже ночью и минимизировать загрузку дизелей весной и летом. Элементы энергокомплекса объединены автоматизированной системой управления, обеспечивающей наиболее эффективную работу и минимизацию потребления топлива. Использование солнечной электростанции позволит на 28% сократить расход дизельного топлива (порядка 300 т ежегодно), то есть уменьшится объем его завоза и хранения, снизится негативное воздействие на окружающую среду.

Энергокомплекс в Верхоянске построен в рамках энергосервисного договора, заключенного между «Группой ЭНЭЛТ» (Татарстан) и «Сахаэнерго», входящего в Группу «РусГидро».

Что такое возобновляемая энергия?

Возобновляемой называется энергия, ресурсы которой неисчерпаемы или же восполняются естественным путем быстрее, чем расходуются. Особенность возобновляемых энергоресурсов состоит в цикличности их восстановления, которая позволяет использовать их без ограничений во времени.

К возобновляемым источникам энергии (ВИЭ) относятся: солнце, ветер, геотермальное тепло, биомасса. Невозобновляемые – уголь, нефть, газ. Уже сейчас доля ВИЭ может составлять 1/4 всей энергии добываемой на планете.

Какое количество электричества дают возобновляемые источники энергии в мире?

Гринпис давно пытается склонить человечество к переходу на использование возобновляемых источников энергии. К 2030 году ВИЭ могут стать ведущими поставщиками (предположительно 94 процента) электричества на планете, снизив расход угля.

Экономика ВИЭ рассматривает понятие КПД, т.е. количество энергии источника, которое можно превратить в механическую работу (для получения электричества). КПД воды определяется величиной 0,7; ветра ─ 0,4; тепла и солнечных излучения ─ до 0,3; биоматериалов ─ до 0,3.

Важность разработки чистых источников энергии

Одной из основных проблем, стоящих перед планетой Земля является обеспечение адекватного снабжения чистой энергией.

Сейчас люди сталкиваются с тремя одновременными вызовами: рост населения, потребление ресурсов и деградация окружающей среды — все сходятся в вопросе устойчивого энергоснабжения. Широко распространено мнение о том, что наша нынешняя энергетическая практика не обеспечит все народы мира адекватным образом пригодной для жизни средой.

Таким образом, одной из главных задач нового столетия станет разработка устойчивых и экологически чистых источников энергии.

роли электричества

Одним из так называемых новых возобновляемых источников энергии, на которые почти наверняка будет оказана большая опора, являются перспективы солнечной энергетики.

Солнечная энергетика

Среди основных проблем солнечной энергетики можно выделить непостоянность и непредсказуемость основного источника энергии, зависимость от погодных и климатических условий, и обусловленная этим необходимость в накопителях энергии или дополнительных источниках энергии. Существенными недостатками являются высокая стоимость фотоэлектрических систем (ФЭС) с учетом необходимости в накопителях и обратных преобразователях переменного тока (до 50% от общей стоимости системы), сравнительно низкий КПД (от 4-5% до 20% для традиционных фотоэлектрических модулей (ФЭМ), и до 40% для концентрирующих ФЭМ) и низкая энергоемкость (~8-12 м2/кВт), вследствие чего под ФЭС требуются большие территории (Таблица 1).

Солнце как альтернативный источник энергии

Проблема в том, что солнце – это прерывистый источник энергии. Так, что требуется накопление энергии и использование её в связке с другими энергетическими источниками. Основная проблема на сегодняшний день заключается в том, что современное оборудование имеет низкую эффективность преобразования энергии солнца в электрическую и тепловую. Поэтому все разработки направлены на то, чтобы увеличить КПД таких систем и снизить их стоимость.

Вот он – возобновляемый источник энергии

Кстати, очень много ресурсов на планете представляют собой производные от солнечной энергии.

Солнце отправляет к поверхности нашей планеты радиацию. Из широкого спектра излучения поверхности Земли достигают 3 типа волн:

• Световые. В спектре излучения их примерно 49 процентов;
• Инфракрасные. Их доля также 49 процентов. Благодаря этим волнам наша планета нагревается;
• Ультрафиолетовые. В спектре солнечного излучения их примерно 2 процента. Они невидимы для нашего глаза.

Преобразование солнечной энергии в электричество

Фотоэлектрические (PV) панели и концентрация солнечной энергии (CSP) объектов захвата солнечного света могут превратить его в полезную электроэнергию. Крыши PV панели делают солнечную энергию жизнеспособной практически в каждой части Соединенных Штатов. В солнечных местах, таких как Лос-Анджелес или Феникс, система 5 киловатт производит в среднем 7000 до 8000 киловатт-часов в год, что примерно эквивалентно использованию электроэнергии типичного домохозяйства США.

Фотовольтарика

В этом случае электрический ток появляется вследствие фотовольтарического эффекта. Принцип такой: солнечный свет попадает на фотоэлемент, электроны поглощают энергию фотонов (частиц света) и приходят в движение. В итоге мы получаем электрическое напряжение.

Именно такой процесс происходит в солнечных панелях, основу которых составляют элементы, преобразующие солнечное излучение в электричество.

Сама конструкция фотовольтарических панелей достаточно гибкая и может иметь разные размеры. Поэтому в использовании они очень практичны. К тому же панели имеют высокие эксплуатационные свойства: устойчивы к воздействию осадков и перепадам температур.

А вот как устроен отдельный модуль солнечной панели:

Гелиотермальная энергетика

Тут подход немного другой, т.к. солнечное излучение используется для нагревания сосуда с жидкостью. Благодаря этому она превращается в пар, который вращает турбину, что приводит в выработке электричества.

Самый наглядный пример использования данной технологии – это станция Иванпа Солар в пустыне Мохаве. Она является крупнейшей в мире солнечной гелиотермальной электростанцией.

Работает она с 2014 года и не использует никакого топлива для производства электричества – только экологически чистая солнечная энергия.

Котёл с водой располагается в башнях, которые Вы можете видеть в центре конструкции. Вокруг расположено поле из зеркал, направляющих солнечные лучи на вершину башни. При этом компьютер постоянно поворачивает эти зеркала в зависимости от расположения солнца.

Под воздействием концентрированной солнечной энергии вода в башне нагревается и становится паром. Так возникает давление, и пар начинает вращать турбину, вследствие чего выделяется электричество. Мощность этой станции – 392 мегаватт, что вполне можно сопоставить со средней ТЭЦ в Москве.

Солнечные аэростатные электростанции

Это оригинальное решение хоть и не получило широкого применения, но всё же имеет место быть.

Сама установка состоит из 4 основных частей:

• Аэростат – располагается в небе, собирая солнечное излучение. Внутрь шара поступает вода, которая быстро нагревается, становясь паром.
• Паропровод – по нему пар под давлением спускается к турбине, заставляя её вращаться.
• Турбина – под воздействием потока пара она вращается, вырабатывая электрическую энергию.
• Конденсатор и насос – пар, прошедший через турбину, конденсируется в воду и поднимается в аэростат с помощью насоса, где снова разогревается до парообразного состояния.

Перспективы развития

Каковы дальнейшие возможности использования энергии Солнца на Земле? На сегодняшний день этому альтернативному комплексу пророчат большое будущее.

Перспективы солнечной энергетики радужны. Ведь уже сегодня в этом направлении идут огромные по своим масштабам работы. Каждый год в различных странах мира появляется все больше и больше солнечных электростанций, размеры которых поражают своими техническими решениями и масштабами. Кроме того, специалисты данной отрасли не прекращают проводить научные исследования, цель которых – многократное увеличение коэффициента полезного действия используемых на таких установках фотоэлементов.

суше планеты

Развитие солнечной энергетики идет достаточно высокими темпами. Люди серьезно озабочены проблемой истощения природных ресурсов и занимаются выявлением альтернативных источников тепла и света. Такое решение позволит предупредить неизбежный для человечества энергетический кризис, а также надвигающуюся экологическую катастрофу.

Наиболее перспективными из перечисленных выше технологий являются:

• Усовершенствованные неорганические тонкопленочные ФЭМ — Сферические ФЭМ на основе селенида меди-индия (CIS) и тонкопленочные поликристаллические кремниевые ФЭМ;
• Органические ФЭМ (в том числе фотосенсибилизированные красителем ФЭМ на основе органических полимеров);
• Термо-фотоэлектрические (TPV) ячейки с узкой запрещенной зоной (low gap-band).

Основные исследования в области развития фотоэлектрических технологий направлены на снижение себестоимости фотоэлектрических модулей за счет:

• Повышения КПД фотоэлектрических модулей I-го и II-го поколения:
• Снижения потребления материалов – использования пленочных ФЭМ;
• Повышения энергоемкости – уменьшения поверхности ФЭМ;
• Использования органических материалов взамен дефицитного сырья (такого как серебро, индий, теллур, свинец и кадмий);
• Снижения стоимости и сроков окупаемости ФЭМ (Рисунок 1);
• Использования более тонких и эффективных фотоэлектрических пластин;
• Использования поликремневых заменителей (например, металлургического кремния).

if(typeof ez_ad_units != ‘undefined’){ez_ad_units.push([[250,250],’fusedlearning_com-large-mobile-banner-2′,’ezslot_3′,112,’0′,’0′])};__ez_fad_position(‘div-gpt-ad-fusedlearning_com-large-mobile-banner-2-0’);Экзоскелет восточного шершня и электричество

Изучая экзоскелет шершня под очень большим увеличением и исследуя его состав и свойства, ученые обнаружили следующие факты.

• Коричневые области экзоскелета содержат бороздки, которые разделяют входящий солнечный свет на расходящиеся лучи.
• Желтые области покрыты овальными выступами, каждый из которых имеет крошечное углубление, напоминающее точечное отверстие.
• Считается, что канавки и отверстия уменьшают количество солнечного света, отражающегося от экзоскелета.
• Результаты лабораторных исследований показали, что поверхность шершня поглощает большую часть падающего на него света.
• Желтые области содержат пигмент под названием ксантоптерин, который может превращать световую энергию в электрическую.

Ученые считают, что коричневые области пропускают свет к желтым областям, которые затем производят электричество.
В лаборатории яркий свет на экзоскелет восточного шершня генерирует небольшое напряжение, показывая, что он может действовать как солнечный элемент.

Достаточное ли количество электроэнергии будет генерировать домашняя солнечная электростанция?

Для ответа на третий вопрос, перед началом проектирования солнечной установки определяет профиль энергопотребления дома. Его можно записать установив на объекте счетчик электроэнергии с функцией сохранения текущих параметров: напряжения сети, потребляемого тока, текущей потребляемой мощности, частоты. Через месяц, вы можете оценить свой профиль потребления со средними, максимальными и минимальными значениями параметров.

Если такой прибор отсутствует, то профиль энергопотребления можно оценить так: потребуется записать все приборы, которые могут использоваться в доме и смоделировать возможные варианты их ежедневного использования. После этого, вооружившись калькулятором, вы сможете рассчитать суточное потребление электричества и пиковые значения мощности.

Существенную роль играет регион, где расположено здание. Энергия, достигающая поверхности Земли, в зависимости от региона, может изменяться от более, чем 5 кВтч/м2/день до 1,5 кВтч/м2/день и менее.

Если максимальное потребление приходится на светлое время суток, то для обеспечения достаточности генерируемого электричества нужно разделить максимальную потребляемую мощность на мощность одной панели солнечных элементов. Тип и характеристики панелей известны из каталогов производителей. Нужно учитывать, что характеристики солнечных панелей приведены при их максимальной освещенности – поправка на региональный коэффициент обязательна. Зимний период, когда батареи покрыты снегом не учитывается.

Такой расчет не учитывает следующую особенность: В течении дня, установка будет всегда генерировать избыточное количество энергии, а ночью, по понятным причинам, генерация будет равна 0.

Аккумуляторные батареи с одной стороны увеличивают общую стоимость системы, с другой стороны, позволяют уменьшить количество панелей солнечных элементов за счет накопления энергии в периоды меньшего энергопотребления.

Для расчета банка АКБ нужно ответить на следующие вопросы:

• Предполагается ли система полностью автономной?
• В случае, если система не автономна, то какой максимальный возможный срок перерывов в электроснабжении.

Максимальное потребление в кВт часах умножается на количество часов без основного источника (нужно учитывать, что в момент отключения солнца может и не быть). На основе этих данных можно рассчитать емкость банка АКБ. Разрядка АКБ до 0 сокращает срок их службы, поэтому в расчете вводят коэффициент показателя максимального разряда, например, он может быть 50, 40 или 30 %. Чем меньше максимальный показатель разряда, тем большее количество АКБ потребуется.

Что такое зеленая энергетика

Углекислый газ человечество генерирует с момента первого
добытого ударами кремня огня. Производство тепла за счет сжигания углеродного
топлива (от сухого дерева до СПГ) – основной способ получения энергии. При
окислении углерода образуется его оксид – СО2, и с этим ничего
нельзя поделать. Поэтому «зеленая энергетика» в первую очередь предполагает
отказ от фоссильного
топлива (угля, нефти и природного газа).

Если мы не будем жечь углерод, то откуда возьмется энергия?
За счет расширения использования «зеленых» (возобновляемых) источников (ВИЭ).
Зеленая энергетика обязана своим названием альтернативным источникам энергии (ее еще называют возобновляемой или регенеративной). Это значит, что энергетическими ресурсами становятся постоянно происходящие в окружающей среде процессы. Возобновляемую энергию получают из таких источников, как гидроэнергия, энергия
ветра, солнечная энергия, геотермальная энергия, биомасса и энергия приливов и
отливов. Считается, что они, в отличие от ископаемого топлива, не истощаются.

Солнечная энергетика: развитие за рубежом

Компания Tesla предлагает ещё более прогрессивное решение. Её продукция представляет собой материал для покрытия кровли, способный преобразовывать лучи солнца в электроток. Продукт представляет собой черепицу с функционалом солнечных панелей. В каждое изделие встроены специальные модули. По внешнему виду и цвету черепица разная, так что можно выбрать ту, что будет сочетаться с другими элементами дома. Кровельный материал выпускается под названием Solar Roof, и производитель даёт на него бесконечную гарантию.

Солнечная энергетика повышает эффективность. Теперь для солнечной генерации применяют и двусторонние панели. Они поглощают прямые и отражённые лучи солнца, за счёт чего КПД повышается на 30%. На таких панелях работает станция, недавно построенная в Европе. Предполагается, что она будет производить 400 МВт*ч в год.

Ещё одна необычная установка построена в Китае. При мощности 40 МВт она не занимает места на суше, а для Китая это весомое преимущество. Плавучая станция располагается в водоёме. Она закрывает собой некоторую площадь воды, в результате снижается испаряемость. Высокая эффективность работы фотоэлементов достигается за счёт того, что они меньше нагреваются.

Солнечная энергетика в двадцатом веке.

В начале 20 века наработками французских ученых сильно заинтересовались инженеры из США, где началась активная деятельность по созданию и установке солнечных двигателей.

Один из самых активных и выдающихся ученых из США был К. Дж. Эббот (1872 — 1973), глава Смитсоновского института в Вашингтоне. В 1897 он представил «тепловой ящик», где были установлены еще два деревянных ящика и черный металлический лист, а сам большой ящик покрыт четырьмя стеклянными листами. Эббот создавал патенты за патентом (1931,1934,1938,1941,1941 и т.д.) Во время международной энергетической конференции в Вашингтоне он продемонстрировал коллектор с КПД 60%. А в 1972 году, когда ему уже было 100 лет он получил очередной патент, но который изменил многое, название у этого патента было: «Преобразование полезной солнечной энергии в электричество».

В 1902 году Бюро погоды США организовали систематические измерения солнечной радиации в Соединенных Штатах. На первых этапах метеосеть включала в себя лишь несколько станций, но к 1973 году в составе сети уже было 90 станций по всей стране. Позже, в 1915 году американский инженер Артур Шертлефф создал устройство для оценки направления солнечной радиации, которое работала на всех широтах и по все времена года. Назвал он свое творение «Prodigal Sun», что на русский можно перевести как «Блудное солнце». Сегодня это устройство часть экспозиции школы дизайна Гарвардского университета.

В 1901 году так называемая «Партия бостонских изобретателей» установила усеченный солнечный концентратор, назвав его «Солнечная энергетическая станция Пасадены», территориально располагалась станция на страусовой ферме в Калифорнии.

Солнечная энергетическая станция города Пасадена.

Внутренняя поверхность концентратора состояла из 1788 зеркал с коэффициентом концентрации 13.4. Система производила водяной пар с давлением 1 МПа (150 psi) и пар использовался для перекачки воды для удовлетворения потребностей страусовой фермы, производительность насоса составляла 5.3 кубических метров воды в минуту.

С 1902 по 1908 год американские инженеры Х.Э. Уилси и Дж. Бойл — младший установили несколько солнечных двигателей, плоских коллекторов и трубчатых нагревателей по всей территории США. В качестве рабочей жидкости использовалась смесь воды с аммиаком, диоксидом углерода и диоксидом серы. По заверениям инженеров КПД систем был от 50% до 85%. В 1907 году Фрэнк Шуман возвел горизонтальный резервуар для воды, состоящий из черных труб покрытых стеклом. Поглощающий объем системы составил 83.3 кубических метров. Развив эту систему уже в 1911 году он установил параболический коллектор площадью 956, 2 квадратных метра, а коэффициент концентрации равнялся двум.

Плоский коллектор Шумана вместе со своим создателем. Система приводила в движение насос.

Так же Шуман отметился тем, что первый попытался аккумулировать энергию полученную от солнца. В его системе нагретое рабочее тело передавалось в резервуар для хранения, где рабочая жидкость накапливала физическое тепло.

В поисках более благоприятных территорий с точки зрения солнечной радиации в 1913 году Фрэнк Шуман вместе с К.В. Бойзом уезжают в Египет и создают там усовершенствованную систему параболических желобов для перекачки воды из реки Нил.

Солнечная электростанция «Шуман — Бойз», Маади, Египет.

По всей площади желоба были установлены отражающие зеркала, суммарная площадь улавливающий поверхности составила 1232,69 квадратных метра, коэффициент концентрации 4.5, суммарная установленная мощность электрической станции — 37.5 кВт. Электростанция «Шуман — Бойз» действительно является чудом инженерной мысли тех времен. Инженеры были отмечены орденом Султаната Египта — орденом Исмаила за гражданские заслуги. Хотя система работала успешно, ее аналогов так и не появилось. Одна из причин — начало первой мировой войны, а главная причина это смерть Фрэнка Шумана в в 1916 году. Примерно в это же время начинаются открытия крупных запасов нефти, тем самым задвинув солнечную энергетику еще дальше.

Большинство ранних солнечных двигателей того времени не нашли широкого применения, и являлись скорее экзотикой построенной на голом энтузиазме инженеров, причем эта экзотика существенно опередила свое время. После смерти Фрэнка Шумана никаких крупных строек в области солнечной энергетики не было, тем не менее, темой занимались в научных организациях. Больше всего интересовали, конечно, солнечные нагреватели и коллекторы.

Сферы применения солнечной энергетики

Спектр применения энергии солнца крайне широк. Уже сейчас её используют на заводах, при строительстве, успешно применяют в химической промышленности, реализуют проекты отопительных установок воды для зданий и это лишь не многие примеры. Многие считаю, что применение солнечной энергетики — это процесс сравнительно недавний. Но, уже начиная с 1955 года, эти методы успешно применялись в строительстве автомобилей. Тогда и был выпущен первый прародитель нынешних электрокаров, которые успешно производят такие авто-гиганты как Honda, Toyota, Mitsubishi и другие.

Уже сегодня по всему миру в обиход входят установки при помощи, которых можно нагревать воду дома, готовить пищу и освещать жилые помещения. Ярким примером могут служить солнечные печи, состоящие из фольгированного картона, которые по инициативе ООН были предоставлены беженцам в разных странах переживающих сложную политическую обстановку. А на территории Узбекистана, например находится крупнейшая печь, успешно используемая при плавке различных металлов и термической обработке, но это уже совсем иные масштабы в отличие от бытовых.

Самыми необычными примерами где использовалась энергия, полученная от солнца являются:

• Футляр с фотоэлементом для телефона, который одновременно является и зарядкой;
• Сумка для похода (рюкзак), на задней стороне которой прикреплена солнечная панель, при помощи неё можно зарядить планшет, телефон, да и вообще любое устройство средних размеров;
• Одежда с применением специального материала, который генерирует энергию от солнечного света, а затем при помощи специальных устройств направляет её в подключенные устройства.

Особенности использования солнечной энергии

Сегодня солнечное излучение используется в основном в двух направлениях: для непосредственного преобразования в электроэнергию (фотоэлементы) и для нагрева воды (солнечные коллекторы).

О фотоэлементах

Преобразование солнечной энергии в электрическую происходит в так называемых фотоячейках (они же – «солнечные батареи»). Главным элементом такой батареи двухслойная структура из полупроводниковых материалов с разным типом проводимости. Под действием солнечного света сконцентрированные у границы слоев разноименные заряды начинают направленное движение и возникает электроток. Иными словами, полупроводники начинают работать как своеобразные электроды. Причем никаких химических реакций при этом не происходит, а значит, структура способна функционировать очень долго.

В массовом производстве для изготовления таких ячеек используют поли- и монокристаллический кремний с различными примесями. Моноячейки обладают большей производительностью, но сильнее зависят от освещенности. Эффективность же поликристаллических батарей немного ниже, но они стоят дешевле и не так подвержены влиянию погодных условий.

О коллекторах

За преобразование солнечной энергии в тепловую отвечают особые устройства, называемые солнечными коллекторами. Они подразделяются на три вида:

• плоские;
• вакуумные;
• воздушные.

Принцип работы первых двух типов коллекторов, по сути, одинаков. Теплоноситель (антифриз или же вода) проходит через нагревательный модуль коллектора и разогревается до определенной температуры. Затем он поступает в заполненный водой бак-теплообменник, отдает накопленную энергию и возвращается в коллектор. Нагретая же вода подается в контуры ГВС или системы отопления дома.

Главное различие между вакуумными и плоскими коллекторами заключается в конструкции нагревательного модуля или абсорбера. В плоских устройствах он имеет вид черной пластины, к внутренней плоскости которой присоединена змеевидная трубка для теплоносителя. В вакуумных же абсорбер представляет собой систему вакуумированных стеклянных трубок, внутри которых находятся стержни с теплоносителем.

Плоские коллекторы более дешевы, но они наиболее эффективно работают только в ясную погоду. Вакуумные модели дороже, но могут использоваться и в пасмурные дни, и при минусовой температуре, несмотря на то, что в таких условиях их производительность снижается. Однако если планируется использование солнечной энергии для дома только в летний период, то вполне можно остановиться и на плоском устройстве.

В воздушном коллекторе в качестве абсорбера также устанавливается пластина из хорошо проводящего тепло металла. Однако в отличие от двух других видов, в нем нет никаких трубок. Солнечная энергия нагревает не жидкий теплоноситель, а непосредственно воздух под абсорбером. Причем для увеличения теплообмена пластина абсорбера делается ребристой. Такие устройства применяют в контурах воздушного отопления и рекуперации воздуха, а также в осушительных аппаратах.

Ветроэнергетика

Запасов энергии ветра в 100 раз больше запасов энергии всех рек на планете. Ветровые станции помогают преобразовывать ветер в электрическую, тепловую и механическую энергию. Главное оборудование – ветрогенераторы (для образования электричества) и ветровые мельницы (для механической энергии).

Этот вид возобновляемой энергии хорошо развит – особенно в Дании, Португалии, Испании, Ирландии и Германии. К началу 2016 года мощность всех ветрогенераторов обогнала суммарную установленную мощность атомной энергетики.

Недостаток в том, что её нельзя контролировать (сила ветра непостоянна). Ещё ветроустановки могут вызывать радиопомехи и влиять на климат, потому что забирают часть кинетической энергии ветра – правда, учёные пока не знают хорошо это или плохо.